基于CRISPR/Cas12a与适配体的多模式检测平台：超灵敏识别磺胺二甲嘧啶及其耐药基因的创新研究

为解决环境中磺胺二甲嘧啶(SMZ)及其耐药基因(sul1)污染监测的灵敏度与特异性难题，研究人员开发了一种集成CRISPR/Cas12a与适配体技术的多模式检测平台。该平台通过荧光、比色、光热和电化学多模态信号输出，实现了SMZ(0.67 pM)和sul1(7.6 fM)的超灵敏检测，为环境抗生素耐药性预测提供了创新工具。研究成果发表于《Journal of Nanobiotechnology》，对公共卫生监测具有重要意义。

　　

抗生素滥用导致的耐药性问题已成为全球公共卫生危机。磺胺类抗生素如磺胺二甲嘧啶(SMZ)在环境中持久残留，不仅破坏生态平衡，更通过低剂量选择压力促进耐药基因(sul1)的传播。传统检测方法面临灵敏度不足、操作复杂等挑战，亟需开发兼具高特异性和多场景适用性的新型检测技术。

中南大学的研究团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表研究，构建了集成CRISPR/Cas12a与适配体的SMZ-sul1多模式检测平台。该研究通过磁分离单元(Fe₃O₄@PDA@cDNA)和MOF-818@PtPd(MPP)纳米酶协同作用，实现了四种检测模式的创新融合：基于适配体竞争结合的荧光检测SMZ，以及CRISPR激活的比色/光热/电化学三模式sul1检测。

关键技术包括：(1)构建Fe₃O₄@PDA磁珠分离系统；(2)合成具有过氧化物酶活性的MPP纳米酶；(3)利用Zr-O-P键连接DNA与纳米材料；(4)开发CRISPR/Cas12a介导的ssDNA反式切割信号放大策略。研究使用长沙县仙嘉湖实际水样和铜绿假单胞菌培养物验证平台性能。

【SMZ荧光检测】
通过SMZ与互补DNA(cDNA)竞争结合罗丹明B标记的适配体(Apt-ROX)，磁分离后检测上清荧光强度变化。优化Mg²⁺浓度(20 mM)和pH(8.5)后，检测限达0.67 pM，较传统方法提升3个数量级。特异性实验显示对磺胺甲恶唑(SMX)等11种抗生素的交叉反应率<5%。

【sul1多模式检测】
比色检测：CRISPR/Cas12a识别sul1后切割FP-ssDNA-MPP连接链，释放的MPP催化TMB显色(线性范围8 pM-12.5 nM，LOD 1.43 pM)。光热检测利用oxTMB在808 nm激光下的温升效应(△T=11.749 lgC+22.137)，实现14.7 pM的检测灵敏度。电化学检测通过电极表面ssDNA剪切减少MPP负载，使H₂O₂还原电流降低，灵敏度达7.6 fM。

【环境应用验证】
对加标水样连续5天监测显示，SMZ回收率95-106%，sul1检测与qPCR结果一致。平台通过"定性-定位-定量"三维信号输出，克服了复杂基质干扰，为耐药基因传播动力学研究提供了新范式。

该研究创新性地将纳米酶催化与CRISPR识别相结合，突破了单一检测模式的局限性。MPP纳米酶的过氧化物酶活性(K_m=0.101 mM)较传统HRP提升5倍，配合磁分离使检测通量显著提高。所建立的预测模型可通过持续监测抗生素与耐药基因浓度相关性，预警耐药趋势。未来通过更换适配体和crRNA序列，该平台可扩展至其他抗生素-耐药基因对的监测，为"One Health"战略提供关键技术支撑。